Browsing by Author "Staforelli Vivanco, Juan Pablo"
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Item Active carpets at viscous interfaces.(Universidad de Concepción, 2024) Barros Cárdenas, Felipe Andrés; Guzmán Lastra, Francisca; Staforelli Vivanco, Juan PabloLos entornos acuáticos de la Tierra y el cuerpo humano presentan sistemas estratificados en los que las interfaces entre las capas albergan nadadores microbianos en colonias conocidas como alfombras activas. Se ha demostrado anteriormente que estos nadadores mejoran la difusión térmica y el transporte de masas en medios semi-infinitos. Este estudio investiga la dinámica de fluidos de las “alfombras activas" en capas confinadas, como las llamadas slicks en masas de agua. Presentamos hallazgos novedosos sobre las fluctuaciones hidrodinámicas en medios confinados en los que varía la viscosidad del fluido. Nuestros resultados identifican tres regiones de fluctuación: las fluctuaciones verticales dominan cerca de la alfombra activa y la interfaz (Región I), las fluctuaciones isotrópicas se producen más arriba (Región II), y las fluctuaciones horizontales prevalecen cerca de la superficie (Región III). La extensión de estas regiones varía con el espesor de la capa y los cambios de viscosidad. También encontramos estructuras de flujo a gran escala dentro de estas capas confinadas, lo que ofrece nuevas perspectivas sobre la capacidad de mezcla de los sistemas biogénicos y posibles aplicaciones en ecología y bioingeniería.Item Análisis cuantitativo de la organización del tejido embrionario del pez cebra.(Universidad de Concepción, 2024) Guajardo Bravo, Jossef Artem; Morales Navarrete, Hernán Andrés; Staforelli Vivanco, Juan PabloEn esta tesis, se realizó un análisis cuantitativo de la organización del tejido embrionario del pez cebra durante la etapa de desarrollo temprano. Para ello, se emplearon la teoría de los cristales líquidos y herramientas matemáticas avanzadas para estudiar el comportamiento de conjuntos celulares. Se desarrollaron herramientas computacionales que permitieron procesar imágenes, identificar contactos celulares y analizar sus comportamientos mediante la descomposición de modos esféricos. Posteriormente, se caracterizaron estos comportamientos de manera tensorial utilizando la teoría de tensores de textura de la ciencia de materiales. La validez de estos métodos se comprobó mediante geometrías simples y datos artificiales, aplicándolos finalmente a datos reales del articulo Shah, G. et al.« Multi-scale imaging and analysis identify pan-embryo cell dynamics of germlayer formation in zebrafish».Item Aplicaciones con una pinza óptica en la física de la microescala.(Universidad de Concepción, 2010) Staforelli Vivanco, Juan Pablo; Saavedra Rubilar, CarlosUna pinza óptica (OT, optical tweezers, por su sigla en inglés) es una herramienta que utiliza una técnica particular de atrapamiento óptico de objetos microscópicos por medio luz laser focalizada con lentes objetivos de gran aumento y de alta apertura numérica (AN). Esta herramienta permite confinar y desplazar, en forma estable y no destructiva, partículas de tipo orgánico e inorgánico en escalas que van desde lo micrométrico, glóbulos rojos y bacterias, hasta lo sub micrométrico. Su aplicación ha permitido acceder a límites de control de fuerzas jamás esperados hasta ahora. Fuerzas del orden de los pico Newton, equivalente al peso de una diminuta gota de agua en suspensión de vapor, son ahora posibles de ejercer y medir.Item Aprendizaje automático aplicado a Espectroscopía por Plasma Inducido con Láser (LIBS) y Visión Artificial Infrarrojas en muestras endémicas de miel de la Región del Bío – Bío, Chile.(Universidad de Concepción, 2024) Jofré Cerda, Rodrigo Andrés; Godoy Medel, Sebastián Eugenio; Staforelli Vivanco, Juan PabloLa autenticidad y calidad de la miel han sido temas de creciente interés a nivel mundial debido a su importancia económica, nutricional y medicinal. Los consumidores y reguladores demandan métodos más precisos y rápidos para garantizar la pureza de la miel, especialmente ante el aumento de casos de adulteración con azúcares y otras sustancias. Además, determinar el origen botánico de la miel es crucial para su clasificación y comercialización, lo que presenta desafíos significativos en términos de tiempo y recursos necesarios para el análisis palinológico tradicional. Los métodos convencionales de análisis palinológico, que se utilizan para identificar el origen botánico de la miel mediante la identificación de polen bajo microscopía, son procedimientos que demandan una gran cantidad de tiempo en estudios y requirieren el conteo de 1200 a 1800 granos de polen de una sola especie para clasificar una muestra en una clase específica. Este proceso puede extenderse de días a semanas, dependiendo de la experiencia del profesional, lo cual representa una significativa limitación para la industria apícola nacional. Además, la detección de adulterantes en la miel, como diferentes azúcares (fructosa, glucosa, maltosa), es otro desafío debido a la necesidad de métodos rápidos y mínimamente destructivos. Para abordar estos desafíos, se han integrado tecnologías de Espectroscopía de Plasma Inducido por Láser (LIBS) y visión artificial, asistidas por algoritmos de aprendizaje automático, aplicadas a muestras endémicas del sector Alto Bío – Bío, Región del Bío – Bío, Chile. La técnica LIBS permite obtener firmas espectrales específicas de muestras de miel y adulterantes, logrando detectar adulteraciones en tiempos significativamente reducidos, en general de minutos a algunas horas, sin requerir una preparación compleja de las muestras. Simultáneamente, se ha empleado redes neuronales convolucionales para analizar imágenes microscópicas de polen, con el fin de determinar el origen botánico de las muestras mediante el análisis de características morfológicas específicas de cada especie de polen, como tamaño, forma, geometría y textura. Los resultados obtenidos mediante el uso combinado de LIBS y visión artificial demuestran una mejora significativa en la eficiencia del proceso de autenticación y clasificación de la miel. En la detección de adulterantes, los errores de clasificación se mantienen bajos, con resultados como un error mínimo de 3.7% para glucosa en Quillaja saponaria y 9.2% para fructosa en Eucryphia glutinosa. Por otro lado, los modelos de visión artificial han mostrado eficacias de clasificación superiores al 90% en la mayoría de las muestras de la base de datos local, destacando especialmente en la clasificación de la especie endémica Eucryphia glutinosa. Así, el método propuesto proporciona una ventaja significativa para los apicultores locales, permitiéndoles acceder a resultados de calidad y origen, que son factores críticos para la industria apícola, garantizando el cumplimiento de los estándares de calidad en tiempos menores en comparación con los métodos convencionales, ya contando con los modelos de aprendizaje entrenados.Item Caracterización de fluctuaciones de la membrana celular de glóbulos rojos fetales y adultos, y la relación entre sus parámetros microreológicos.(Universidad de Concepción, 2023) Bravo Valdivia, Nicolás; Staforelli Vivanco, Juan PabloIn this study, the membrane fluctuation of human fetal red blood cells (RBCs) affected by gestational diabetes was investigated using Dual-Time Resolved Membrane Fluctuation Spectroscopy (D-TRMFS). This technique is a modified version of the dual optical tweezers method, adapted to simultaneously measure the mechanical properties of RBCs at distant points on the membrane. By directly measuring membrane flickering, micro-rheological parameters were obtained. The results revealed significant differences in the group of patients with gestational diabetes compared to the reference values of healthy fetuses and adults. These differences were mainly observed in the flexion modulus, while the tension modulus seemed unaffected. Metabolic mechanisms were proposed as an explanation for these findings, including possible interference with other pathologies associated with gestational diabetes. These findings provide a new perspective on the influence of gestational diabetes on the mechanical properties of fetal red blood cells, which could have important implications in the diagnosis and treatment of this medical condition.Item Mejora en la resolución espacial en pinzas ópticas dobles mediante uso de correlaciones espaciales.(Universidad de Concepción, 2020) Tapia Farías, Jorge Eduardo; Saavedra Rubilar, Carlos; Staforelli Vivanco, Juan PabloLos estudios biológicos plantean, en general, grandes desafíos de resolución espacio-temporales debido al tamaño, las dinámicas y las magnitudes propias de los sistemas bajo investigación. La resolución temporal de un instrumento estaría relacionada con las frecuencias ópticas del fenómeno observado y la resolución espacial estaría relacionada, generalmente, a la capacidad con que se pueden resolver pequeños desplazamientos de un sistema o de describir espacialmente un objeto. En este contexto, la arquitectura instrumental basada en pinzas ´ópticas surge como una alternativa para estudiar procesos biológicos con altos niveles de resolución y versatilidad. En relación a estos procesos, el uso de las pinzas ópticas puede ser concebido en dos regímenes de funcionamiento, en donde para ambos casos la interacción radiación-materia es fundamental. El primer caso es el de pinzas ópticas de atrapamiento fuerte. Este tipo de pinzas ha alcanzado un alto grado de sofisticación desde su implementación por primera vez en la década de los 70 por Arthur Ashkin, quien exploró los fenómenos de presión de radiación. La técnica consiste en un haz láser altamente enfocado en interacción con una microesfera, lo cual hace posible balancear fuerzas de presión de radiación con fuerzas de gradiente de intensidad. Esto genera fuerzas de restauración sobre el objeto que son proporcionales a su desplazamiento respecto al centro de la trampa. De esta manera, la técnica permite la manipulación de objetos microscópicos (∼ 500 nm − 10 µm) con alta precisión. Las capacidades de la técnica han sido probadas en contextos biológicos en donde dos microesferas atrapadas por pinzas ópticas se unen mediante un espécimen biológico. Esto ha permitido estimaciones de desplazamientos y fuerzas del sistema biológico en escalas de los sub-nanómetros y sub-pico Newton, respectivamente. Bajo la misma arquitectura instrumental, otra versión de estos sistemas son las pinzas ópticas débiles, las cuales, no están diseñadas para atrapar, sino que para medir fluctuaciones de membranas lipídica a partir de principios interferenciales. Este tipo de instrumentación es la utilizada en espectroscopia de fluctuación de membrana (TRMFS) con resolución espacial nanométrica. Basados en lo expuesto, el presente trabajo tuvo por objetivo implementar sistemas basados en pinzas ópticas dobles para medición diferencial en regímenes de potencia débil y fuerte. Su finalidad fue conseguir evaluar mejoras en resolución de estos sistemas en cualquiera de los dos regímenes y, a la vez, obtener una herramienta que permita, potencialmente, estudiar fenómenos localizados en una membrana celular y proteínas única. Esto se fundamenta en el estado del arte conseguido en trabajos fundamentales de Betz et al. para membranas biológicas y Moffitt et al. para proteínas única. Por lo anterior, se presenta de manera metodológica la implementación y caracterización progresiva de la instrumentación basada en pinzas ópticas y sus resultados. En específico, son mostrados los resultados de la implementación de una pinza óptica débil única y de una pinza óptica débil de doble haz basados en los trabajos de Betz et al. y, finalmente, los resultados asociados a un sistema de pinzas ópticas dobles de atrapamiento fuerte basados en los trabajos de Moffitt et al. y otros similares. Asociado a estos trabajos, se presentarán estudios complementarios de correlaciones de señales duales en sistemas de pinzas ópticas dobles para el análisis de posibles mejoras de la resolución espacial mediante el uso de coordenadas diferenciales.Item Optical modulation to enhance event rate detection by neuromorphic cameras in microscopy applications.(Universidad de Concepción, 2025) Huenchual Escobar, José Ignacio; Solano Palma, Pablo Andrés; Staforelli Vivanco, Juan PabloEn esta tesis presentamos una estrategia robusta y no invasiva para optimizar la detección y seguimiento de micropartículas brownianas utilizando cámaras basadas en eventos, inspiradas en estudios sobre visión neuromórfica, mejorando su funcionalidad más allá de la configuración interna del sensor. Mediante la introducción de un movimiento oscilatorio artificial de la imagen en el plano del sensor utilizando un espejo direccionable, incrementamos significativamente la tasa de registro de eventos, mejorando así la resolución espaciotemporal de las partículas rastreadas. A partir de la distribución espacial de los eventos detectados, identificamos de forma efectiva las posiciones de los centros de masa de partículas aisladas sin conocimiento previo de sus formas, superando las limitaciones de los algoritmos de seguimiento basados en centroides de partículas. En nuestro experimento, empleamos una modulación con una frecuencia de 1 kHz en el plano de imagen, logrando una mejora de hasta 400 veces en la resolución temporal. Para validar nuestro método, caracterizamos el movimiento browniano de una micropartícula midiendo su posición para calcular su varianza y coeficiente de difusión a diferentes temperaturas. Adicionalmente, utilizamos la entropía de permutación como método estadístico para confirmar que nuestra modulación artificial no alteró la naturaleza estocástica de la partícula detectada, asegurando que nuestro enfoque está libre de artefactos.